Entschlüsselung von Gewebebewegungen im Nanomaßstab

Das menschliche Auge ist ein komplexes Organ und eine dynamische optische Struktur, die die visuelle Wahrnehmung ermöglicht. Der Verlust des Sehvermögens hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Lebensqualität, da 90 % der Informationen, die wir von der Welt erhalten, visuell sind. Das Glaukom gehört zu einer Gruppe von Augenkrankheiten, bei denen das Augennervengewebe geschädigt wird, und ist eine der Hauptursachen für Erblindung weltweit. Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) beeinträchtigt das zentrale Sehvermögen und geht mit der Entwicklung abnormer Blutgefäße hinter der Netzhaut (feuchte AMD) oder der Ausdünnung des Netzhautgewebes (trockene AMD) einher. Trotz der hohen Prävalenz dieser Augenerkrankungen stützen sich die derzeitige Diagnose und Behandlung nur auf morphologische / funktionelle Messungen des Auges und berücksichtigen nicht die biomechanischen Eigenschaften. Daher besteht ein Bedarf an neuen Lösungen für die Diagnostik, die auch biomechanische Daten einbeziehen. Die Biomechanik kann indirekt durch die Analyse der Gewebereaktion auf genau definierte mechanische Reize bewertet werden. Das Auge ist jedoch auch kleinen pulsierenden Verformungen unterworfen. Diese natürlichen Verformungen hängen von der pulsierenden Durchblutung des Auges sowie vom Druck innerhalb des Auges und den elastischen Eigenschaften des Augengewebes ab. Veränderungen der okulären Pulsatilität werden mit schweren Augenkrankheiten wie dem Glaukom in Verbindung gebracht. Darüber hinaus können altersbedingte Veränderungen der kollagenen Fasern die biomechanischen Eigenschaften des Netzhautgewebes, z. B. der Bruchschen Membran, beeinflussen. Daher kann die Biomechanik der Netzhaut eine Rolle bei der Pathophysiologie der AMD spielen. In diesem Projekt wollen wir optische In-vivo-Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsverfahren entwickeln und pulsationsinduzierte Gewebebewegungen im Nanobereich innerhalb und zwischen den Augenstrukturen aufdecken. Wir gehen davon aus, dass unser Ansatz in der Lage sein wird, Gewebeverschiebungen, die kleiner als ein Tausendstel eines Millimeters sind, innerhalb einer Tausendstelsekunde aufzuzeichnen. Durch schnelles Scannen des Lichtstrahls über den Augenhintergrund werden wir solche Verschiebungsinformationen über ein großes Volumen erfassen. Die dynamische Verformung von etwa 100 Millionen verschiedenen Stellen wird über den Herzzyklus hinweg durch mehrmalige Wiederholung der Volumenscans verfolgt werden. Die In-vivo-Studien werden mit neuartigen Prototypgeräten auf der Grundlage der optischen Kohärenztomographie (OCT) durchgeführt, um die Reaktion von Augenstrukturen auf Blutpulsationen im Nanobereich zu untersuchen. Wir werden diese Prototypen zunächst zur Untersuchung der Deformationsdynamik in den Augen gesunder Personen einsetzen. Bei Glaukom- und AMD-Patienten werden wir dann die biomechanischen Eigenschaften und pulsierenden Bewegungsmuster bestimmen, die für die Gewebe von der Vorderseite bis zur Rückseite des Auges charakteristisch sind. Parallel zu den Bildgebungsstudien an menschlichen Augen werden wir auch OCT-In-vivo-Bildgebung in experimentellen Modellen durchführen, bei denen der Druck im Auge über einige Wochen oder Monate erhöht wird, oder in Modellen mit Netzhautdegeneration. Schließlich wollen wir die Daten aus allen Bildgebungsstudien kombinieren, um ein Modell zu entwickeln, das die beobachteten Verformungen und die Elastizität in gesunden und kranken Augen darstellt. Diese Ergebnisse werden neue Einblicke in die Beziehung zwischen der Verformung des Augengewebes und pathologischen Zuständen ermöglichen, was den Weg für die nächste Generation der Augendiagnostik ebnen dürfte.